Стивен Хокинг. Непобедимый разум

Напряжем фантазию еще больше и попытаемся представить себе мир с точки зрения электрона. Если повсюду во вселенной имеются квадрильоны кротовых нор, которые то появляются, то исчезают, тогда с точки зрения электрона это похоже на кипящий котелок с густой кашей. Пробраться сквозь этот горшок так же трудно, как путешествовать по гигантскому, все время меняющему очертания ситу. Если электрон движется по прямой линии, он почти наверняка наткнется на кротовую нору, провалится в нее и вылетит в другую вселенную. И это как-то сомнительно, ведь получается, что из нашей вселенной исчезает частица вещества, чего быть не должно. Но в данной теории проблема решается просто: обратно в нашу вселенную влетает такой же точно электрон, и равновесие восстанавливается.

Заметили бы мы подмену электронов? Нет, с нашей точки зрения все выглядит несколько иначе: мы видим один-единственный электрон, путешествующий по прямой. Хокинг предположил, что существование черных дыр вынуждает электроны двигаться так, словно их масса больше, – если бы кротовых нор не было, их движение указывало бы на меньшую массу. Выходит, при попытке предсказать массу частицы, нужно сперва решить, существуют ли в реальности кротовые норы.

Рис. 12.1. Кротовые норы и молодые вселенные.

В теории, если электрону, падающему в кротовую нору, сопутствует фотон, то не происходит ничего экстраординарного. Мы увидим лишь обычный обмен частицами-вестниками в электромагнитном взаимодействии: один электрон испускает фотон, другой его поглощает. Хокинг предположил, что массы всех частиц и все взаимодействия между частицами, непрерывную активность всех четырех сил по всей вселенной можно объяснить как падения в кротовые норы и появления из них.

Тут вы, пожалуй, спросите, каким же образом частицы протискиваются в кротовые норы, ведь кротовые норы меньше любых известных нам частиц. Как и в случае с излучением Хокинга, то, чего мы никак не можем вообразить, оказывается возможным в квантовой механике.

Когда Хокинг принялся вычислять воздействие кротовых нор на массы частиц, в том числе на массу электрона, его подсчеты показали, что эти массы должны бы быть гораздо больше, чем мы наблюдаем на самом деле. Потом Хокингу и другим исследователям удалось прийти к более умеренным числам, но тогда, в конце 1980-х, Хокинг усомнился, в состоянии ли теория кротовых нор предсказывать массы частиц в нашей или в любой другой вселенной. В главе 2 уже заходила речь о “произвольных элементах”, не поддающихся измерению и не предсказываемых теорией. Массы частиц и параметры действующих во вселенной сил до сих пор оставались произвольными элементами в любых выдвигавшихся учеными теориях. Теория кротовых нор тоже не избавляется от произвольности, но хотя бы объясняет, почему эти элементы оказались произвольными. Хокинг думал, что массы частиц и другие фундаментальные числа вселенной могут оказаться “квантовыми переменными”, то есть такими же неопределенными, как путь частицы или события на поверхности космического шара. Эти числа фиксируются случайным образом в момент возникновения вселенной. Так сказать, кости брошены, и с этого момента для данной вселенной произвольные элементы определены, однако теория никоим образом не сумеет предсказать, как именно лягут кости и даже какой расклад наиболее вероятен. Хокинг не был до конца уверен, что из теории кротовых нор следуют именно такие выводы, однако сама идея, что фундаментальные числа и, быть может, даже “законы природы” вовсе не едины для всех вселенных, но отличаются для каждой из них, еще понадобится ему позднее и в другой связи.

Туго свернутая вселенная

“Великая загадка: почему квантовые флуктуации не свертывают вселенную в тугой шар”, – рассуждал Хокинг[242]. Это одна из тех великих загадок, которые необходимо разрешить на подступах к теории всего.

Физики называют эту загадку энергии в (так называемом) вакууме проблемой космологической константы. Как вы помните, еще Эйнштейн обдумывал возможность космологической константы, уравновешивающей гравитацию и препятствующей изменению размеров вселенной. Позднее он счел эту мысль “величайшим заблуждением своей жизни”. Но термин сохранился, хотя изменил значение: теперь “космологической константой” называется число, указывающее на плотность энергии в вакууме, энергетическая плотность вакуума. Здравый смысл шепчет: нет там никакой энергии, но, как мы убедились, в силу принципа неопределенности и “пустое” пространство не вовсе пусто. Оно лопается от энергии. Космологическая константа (энергетическая плотность вакуума) должна быть огромна, и общая теория относительности утверждает, что масса или энергия такой величины должна плотно свернуть вселенную.